劉海軍

摘 要：本文對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外最新的研磨墊使用壽命監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了探索。

關(guān)鍵詞：研磨墊;壽命監(jiān)測(cè)

化學(xué)研磨被廣泛運(yùn)用于半導(dǎo)體等的研磨，在使用中，在對(duì)若干片晶圓進(jìn)行研磨后，研磨墊表面的溝槽有可能會(huì)被磨平，這會(huì)導(dǎo)致研磨墊失去保持研磨液的能力，研磨速率會(huì)下降，同時(shí)還會(huì)使晶圓表面產(chǎn)生劃傷。因此，需要計(jì)算研磨墊使用壽命。研磨墊壽命主要取決于以下因素：（1）工件產(chǎn)生顫痕;（2）磨削噪音異常;（3）工件燒傷;（4）磨削力劇增;（5）工件加工質(zhì)量惡化;（6）加工效果等[1]。目前磨輪的壽命主要是檢測(cè)其廓型精度，當(dāng)出現(xiàn)較大誤差時(shí)，要及時(shí)的進(jìn)行修整。

傳統(tǒng)的研磨墊壽命的檢測(cè)方法主要有：

（1）更換新研磨墊后，根據(jù)晶圓馬拉松測(cè)試的結(jié)果將研磨墊的使用壽命設(shè)定為n小時(shí)，其中n是以時(shí)間單位計(jì)算，每隔n小時(shí)后更換一次研磨墊。該監(jiān)測(cè)方法的缺點(diǎn)是：由于每張研磨墊的本身狀況不一樣，因此n小時(shí)不能保證研磨墊已被充分利用或是否已超出研磨墊使用壽命期限，無法準(zhǔn)確判斷研磨墊是否對(duì)晶圓造成損傷[2]。

（2）日本東北大學(xué)學(xué)者、國(guó)內(nèi)謝晉、閻秋生等采用石墨碳板復(fù)印法來實(shí)現(xiàn)砂輪圓弧廓形的間接檢測(cè)[3] [4] [5]。

（3）哈爾濱工業(yè)大學(xué)把微小型砂輪拆卸后，利用三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)進(jìn)行形狀離線檢測(cè)[6]。

（4）韓國(guó)學(xué)者利用位移傳感器在機(jī)檢測(cè)砂輪形狀和位置[7] [8]。石墨碳片的拆卸或砂輪的二次安裝會(huì)影響砂輪和工件的安裝和定位精度，而在位的砂輪形狀檢測(cè)法則需要額外昂貴的裝置，且其運(yùn)動(dòng)精度需要比機(jī)床精度高一個(gè)等級(jí)。

本文擬對(duì)當(dāng)前最新的研磨墊壽命監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行探討。

上海華力微電子有限公司[2]提出了一種研磨墊使用壽命的監(jiān)測(cè)方法（參見圖1），通過感測(cè)墊片調(diào)整器相對(duì)于研磨墊以特定速度在研磨運(yùn)動(dòng)過程中的電流變化，反應(yīng)墊片調(diào)整器相對(duì)于研磨墊的摩擦力變化，以表示研磨墊的表面粗糙度狀態(tài)的變化，來確定研磨墊是否達(dá)到使用壽命的步驟;當(dāng)墊片調(diào)整器相對(duì)于研磨墊以特定速度在研磨運(yùn)動(dòng)過程中的電流變化達(dá)到某一特定的電流值時(shí)，判斷研磨墊達(dá)到了使用壽命期限，否則判斷未達(dá)到使用壽命期限，由于在研磨過程中，研磨墊的表面粗糙度狀態(tài)的變化時(shí)，墊片調(diào)整器相對(duì)于研磨墊的摩擦力也在變化，此時(shí)通過監(jiān)控墊片調(diào)整器相對(duì)于研磨墊以特定速度在研磨運(yùn)動(dòng)過程中的電流變化，從而將研磨墊的表面粗糙度狀態(tài)、摩擦力變化和電流變化建立關(guān)系，又由于電流變化能夠?qū)崟r(shí)被監(jiān)測(cè)，因此，監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)的電流變化用于判斷研磨墊的使用壽命期限比現(xiàn)有技術(shù)中采用使用次數(shù)判斷研磨墊的使用壽命的方式更加準(zhǔn)確、可靠，能夠避免因研磨墊的使用次數(shù)和時(shí)間為基準(zhǔn)的判斷方式中，研磨墊過度使用對(duì)晶圓表面造成的損傷，以及克服研磨墊未達(dá)到使用壽命期限時(shí)對(duì)研磨墊的利用率造成的浪費(fèi)現(xiàn)象。

10 轉(zhuǎn)軸、20 研磨臺(tái)、30 研磨墊、40 研磨頭、60 研磨液輸送管、80 墊片調(diào)整器、90 電流傳感器

華僑大學(xué)[9]提出一種在線監(jiān)測(cè)砂輪磨鈍狀態(tài)的方法，通過采集砂輪磨削采樣塊產(chǎn)生的磨削溫度信號(hào)，并獲得溫度信號(hào)集，接著從所述溫度信號(hào)集中提取砂輪磨削接觸區(qū)溫度和磨粒熱沖擊信號(hào)，以此識(shí)別砂輪磨削狀態(tài)和砂輪所處的磨鈍狀態(tài)。通過定期監(jiān)測(cè)砂輪磨削采樣塊產(chǎn)生的磨削溫度信號(hào)，識(shí)別砂輪磨削狀態(tài)和砂輪所處的磨鈍狀態(tài)，可及時(shí)地對(duì)砂輪進(jìn)行修銳或更換，延長(zhǎng)了砂輪的使用壽命，進(jìn)一步保證了工件的磨削質(zhì)量。

長(zhǎng)江存儲(chǔ)科技有限責(zé)任公司[10]提出了一種研磨墊及其使用壽命監(jiān)測(cè)方法（參見圖2），該研磨墊包括：基材，該基材的厚度方向的一個(gè)面為研磨面;以及窗口，該窗口形成于所述基材的所述研磨面一側(cè)，朝向所述研磨面開口，所述窗口的垂直于所述研磨面的至少一個(gè)截面在距離所述窗口的底部一定高度處的寬度是所述高度的增函數(shù)或減函數(shù)，監(jiān)測(cè)方法為：在使所述研磨墊旋轉(zhuǎn)來進(jìn)行研磨加工時(shí)，對(duì)所述窗口的所述截面在所述研磨面處的寬度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)所述窗口的所述截面在所述研磨面處的寬度隨著所述研磨面的磨損量的增加而達(dá)到寬度臨界值時(shí)，判斷為所述研磨墊達(dá)到使用壽命。該研磨墊使用壽命監(jiān)測(cè)方法能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)研磨墊的使用狀況，并能第一時(shí)間獲得達(dá)到研磨墊使用壽命的信息，因此，能防止研磨墊過早報(bào)廢，降低成本，并能減少因達(dá)到使用壽命的研磨墊被繼續(xù)使用而在研磨時(shí)突發(fā)異常事件的概率，減少待研磨的晶圓報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。

1 研磨盤、2 研磨墊、3 機(jī)臺(tái)、4 研磨頭、5 研磨墊使用壽命監(jiān)測(cè)器、6 晶圓、20 基材、21 溝槽、22 窗口

日本信越半導(dǎo)體株式會(huì)社[11]提出一種研磨墊的評(píng)價(jià)方法，用于評(píng)估用于研磨晶圓的研磨墊的使用壽命，通過測(cè)定堆積在研磨墊上的研磨殘?jiān)牧?，并基于該測(cè)定得到的測(cè)定值來評(píng)價(jià)所述研磨墊的使用期限，所述研磨殘?jiān)牧?，是根?jù)通過X射線熒光分析法得到的X射線熒光光譜，檢測(cè)含有Si-Kα射線的信號(hào)來進(jìn)行測(cè)定，該評(píng)價(jià)方法能夠個(gè)別地實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)個(gè)體差異大的研磨墊的使用期限，從而能夠抑制研磨晶圓時(shí)的生產(chǎn)率及成品率的降低。

本文對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)外主流的研磨墊壽命監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行了研究，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)作用。

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